Aula 1 - Propriedades_do_Solos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA – DECIV
LABORATÓRIO DE PAVIMENTAÇÃO
Propriedades do Solo
Prof. Lélio Brito, PhD
1
Ensaios de Caracterização do Solo
1. Caracterização geológica
2. Caracterização geotécnica
i. Caracterização geotécnica para fins de uso na 
pavimentação.
Propriedades do Solo
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1 Propriedades do Solo e Índices Físicos
Índices Físicos
1 Propriedades do Solo e Índices Físicos
Sólido
Líquido
Ar
W
a
r 
~
0
W
W
s
W
w
V
s
V
w
V
a
r
V
V
V
Volumes Pesos
sv VVV +=
warv VVV +=
sw WWW +=
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1 Propriedades do Solo e Índices Físicos
O volume total (V) da massa do solo consiste de:
• volume de partículas (Vs)
• volume de vazios (Vv) - volume de água (Vw)
- volume de ar (Va)
O peso total (W) da massa de solo consiste de:
• peso de partículas sólidas (Ws)
• peso de água (Ww)
• peso de ar (Wa ~ 0)
1
• Peso específico aparente seco (gd)
• Peso específico natural (gn) [1]
• gd=gn/(1+w)
Notas - Lembrarmos
Sólido
Líquido
Ar
[1] [2]
Sólido
Ar
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1 Propriedades do Solo e Índices Físicos
Estados e Limites de 
Consistência
1 Índices de Consistência
Um solo coesivo (com apreciável quantidade de argila) pode modificar
sua consistência somente pela variação de seu teor de umidade ( ou h).
Com a variação de  a consistência de um solo pode passar pelo estados:
• líquido;
• plástico;
• semi-sólido;
• sólido.
Estados e Limites
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1 Índices de Consistência
Solos Finos – Siltes e Argilas
O conhecimento da curva granulométrica é insuficiente para a
classificação dos solos devido ao formato e origem das partículas
(argilominerais) e da dependência dos solos finos da umidade.
Plasticidade: capacidade dos solos de serem moldados sem a
variação de volume. Depende do teor de umidade.
 
 LL LP LC 
 
estado líquido estado plástico estado semi-sólido estado sólido 
 IP 
umidade crescente 
 
Índices de Consistência – Limites de Atterberg
1 Índices de Consistência
Estado Líquido
Consistência em que o solo não tem forma própria, adquirindo a forma do recipiente
que o contém; flui entre os dedos.
Estado Plástico
Consistência em que, pela ação de forças externas, o solo muda de forma, sem que
ocorra variações volumétricas apreciáveis e sem se romper ou fissurar.
Estado Semi-sólido
Apresenta características mecânicas e de deformação semelhantes às de um sólido;
entretanto o solo sofre redução de volume com a redução do .
Estado Sólido
É caracterizado pela consistência de um sólido, com alta resistência a baixa 
deformabilidade. Não há variação de volume do solo com a secagem.
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1 Índices de Consistência
Estado
Sólido 
Estado
Semi-sólido
Estado
Plástico 
Estado
Líquido 
Teor de umidade (%)
Volume 
LC LP LL
Os teores de umidade que separam os diversos estados são chamados de
Limites de Consistência ou Limites de Atterberg.
• Limite de Contração - LC
• Limite de Plasticidade - LP
• Limite de Liquidez - LL
1 Índices de Consistência
Plasticidade 
Propriedade apresentada por alguns materiais sólidos de serem moldados sem rupturas
e sem variação de volume apreciável.
Fundamental na caracterização de solos finos:
f (teor de argila , teor de umidade , mineralogia dos argilominerais
presentes).
Teor de argila ↑ plasticidade ↑
Intervalo de umidade específica (estado plástico) → plasticidade
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1 Índices de Consistência
Vargas (1982):
Os Limites de Atterberg são “propriedades índices” para a determinação e
classificação da “natureza” dos solos de granulação fina. Eles nada dizem sobre
os “estados” em que esses solos podem apresentar. Portanto, para se executá-los
corretamente é preciso destruir, primeiramente, nas amostras qualquer
características de “estado”, tais como: estrutura, compacidade, dispersão dos
grãos, etc.
LIMITES DE ATTERBERG – LC , LP , LL
Estudos do eng. químico Albert Atterberg → adaptados e obtidos por ensaios
padronizados por Arthur Casagrande.
1 Índices de Consistência
A obtenção dos limites de consistência (ou limites de
Atterberg) do solo permite estimar, através da Carta
de Plasticidade, suas propriedades, principalmente
no tocante a granulometria e compressibilidade.
LIMITES DE ATTERBERG
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1 Índices de Consistência
Limite de Liquidez (LL ou wL)
É o menor teor de umidade em que um solo está no
estado líquido. É o teor de umidade que separa o
estado líquido do plástico. Corresponde a uma
resistência não drenada de 2,5 kPa.
1 Índices de Consistência
Determinação do Limite de Liquidez
• Aparelho de Casagrande - NBR 6459/84 ou DNER ME 122
• Ensaio de cone de laboratório
Limite de Liquidez no Aparelho de Casagrande
Definido empiricamente como o teor de umidade, para a qual, as metades de uma
camada de solo (colocada em uma concha padrão), separadas por uma ranhura de
dimensões padronizadas, fecharão as bordas inferiores desta ranhura ( 13 mm),
sob o impacto de 25 golpes do Aparelho de Casagrande.
Material passa peneira 0,42 mm – DNER ME 041/94
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1 Índices de Consistência
Aparelho de Casagrande
1 Índices de Consistência
Ensaio
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1 Índices de Consistência
Resultado
LL - % de umidade necessário para fechar a ranhura com 25 golpes
1 Índices de Consistência
Determinação do Limite de Liquidez
Método do cone de laboratório
Baseado na definição do LL. Busca-se o teor
de umidade no qual o solo argiloso apresenta
Su= 25kPa, medida pela penetração de um
pequeno cone metálico padronizado sobre
uma amostra de solo moldada (norma
britânica BS 1377:1975).
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1 Índices de Consistência
Limite de Plasticidade (LP) (NBR 7180/84)
LP – teor de umidade no qual a amostra começa a fraturar-se quando se
tenta moldar com ela um cilindro de 3 mm de espessura. Utiliza-se para
tanto uma placa de vidro esmerilhada e um cilindro comparativo padrão.
1 Índices de Consistência
Ensaio
100x
Ps
PsPh
h
−
=
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Limite de Contração (LC)
É o menor teor de umidade em que um solo está no estado
semi-sólido. É o teor de umidade que separa o estado semi-
sólido do sólido. É o menor teor de umidade em que o solo
contrai com a redução de umidade.
Índices de Consistência
1 Índices de Consistência
Determinação do Limite de Contração
Ensaio do limite de contração – NBR 7183/82 ou DNER ME 087/94.
Método do deslocamento de mercúrio
Busca-se determinar o teor de umidade que ainda ocuparia os vazios de um solo
colocado a secar em estufa até não mais contrair.
Material passa peneira 0,42 mm – DNER ME 041/94
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1 Índices de Consistência
Determinação do Limite de Contração
• Com solo e água obter uma massa fluida, homogênea, facilmente trabalhável
e sem inclusão de ar;
• Colocar no centro da cápsula de contração (diâmetro de 4 cm e altura de 1 cm)
untada 1/3 do volume da massa fluida de solo;
• Bater a cápsula de encontro a uma superfície firme de modo que o solo ocupe
todo o fundo da cápsula. Repete-se a operação mais 2 vezes até encher
completamente a cápsula de contração;
• Rasa-se o excesso de material com uma régua de aço, até obter uma superfície
plana. Tomar precauções para evitar formação de bolhas de ar;
• Deixa-se o solo secar ao ar e depois em estufa;
• Mede o peso da pastilha formada de solo seco contido na cápsula (Ws). Mede-
se o volume desta pastilha (Vs).
1 Índices de Consistência
3Classificações
Índice de Plasticidade (IP)
IP  15 – Altamente Plástico
7  IP  15 – Medianamente Plástico
1  IP  7 – Fracamente Plástico
Valores Tipicos:
IP
LP
Caulinita 40-60 10-25
Ilita 80-120 50-70
Montmorilonita 300-650 200-250
Índice de Atividade (Ia)
Ia  0,75 – Argilas Inativa
0,75  Ia  1,25 – Argilas Normais
1,25  Ia  2,0 – Argilas Ativas
Ia  2,0 – Argilas Altamente Ativas
m
IP
Ia
2% 
=
LPLLIP−=
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1 Índices de Consistência
Índice de Consistência (Ic)
- É a consistência que o material se encontra em campo
IP
hLL
Ic
−
=
Ic  0,0 – Consistência de Vaza
0,0  Ic  0,5 – Consistência Plástico Mole
0,5  Ic  0,75 – Consistência Plástico Média
0,75  Ic  1 – Consistência Plástico Rija
Ic  1 – Consistência Dura
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1 Textura e Granulometria
Textura e 
Granulometria
1
Todos os solos, em sua fase sólida, contêm partículas de
diferentes tamanhos em proporções as mais variadas.
A determinação do “tamanho” das partículas e suas
respectivas “porcentagens de ocorrência” permitem obter
a função distribuição de partículas do solo e que é
denominada distribuição granulométrica.
Textura e Granulometria
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1
As partículas formadas pela alteração física e pela decomposição
química (intemperismo) das rochas e/ou matéria orgânica são
reunidas em grupos com “tamanhos” definidos, constituindo as
frações granulométricas.
Granulometria
É a parte do estudo dos solos que define os
“tamanhos” e a “quantidade” de cada tamanho
existente em uma amostra de solo. Permite o
conhecimento das porcentagens (em peso) das
partículas em função de suas dimensões.
Textura e Granulometria
1
• Textura → forma e tamanho relativo dos grãos que
formam a fase sólida dos solo
• Granulometria → medida dos tamanhos das partículas e
definição da quantidade de cada tamanho (medida da
textura do solo)
COMPORTAMENTO MECÂNICO
PROPRIEDADES HIDRÁULICAS
Textura
Textura e Granulometria
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Embora a NBR 6502 defina TEXTURA como “conjunto de
características de forma, dimensão e arranjo dos elementos
mineralógicos constituintes do solo”, neste texto considera-se
TEXTURA como a relação entre as “dimensões das partículas”
de um solo e as “proporções relativas” com que as partículas
com essas dimensões ocorrem no solo. A medida da textura é
feita pela análise granulométrica.
Textura e Granulometria
1
As partículas de um solo, grosso ou fino, não são
esféricas, mas se usará sempre a expressão diâmetro
equivalente da partícula quando se faz referência ao seu
tamanho.
• Materiais granulares ou fração grossa do solo - o
diâmetro equivalente será igual ao diâmetro da menor
esfera que circunscreve a partícula;
• Materiais finos ou fração fina do solo - o diâmetro
equivalente é o calculado através da lei de Stokes.
Textura e Granulometria
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1
Grau de arredondamento das partículas
Textura e Granulometria
1
Grãos de areia (a) bem arredondada; (b) subangular
Partículas de argila (a) caulinita; (b) ilita
Textura e Granulometria
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1 Textura e Granulometria
1
Fração granulométrica Diâmetro equivalente
Bloco de rocha φ > 1000 mm
Matacão 200 < φ < 1000 mm
pedra de mão 60 < φ < 200 mm
Pedregulho 2,0 < φ < 60 mm
pedregulho grosso 20 < φ < 60 mm
pedregulho médio 6,0 < φ < 20 mm
pedregulho fino 20 < φ < 2,0 mm
Areia 0,06 < φ < 2,0 mm
areia grossa 0,6 < φ < 2,0 mm
areia média 0,2 < φ < 0,6 mm
areia fina 0,06 < φ < 0,2 mm
Silte 0,002 < φ < 0,06 mm
Argila φ < 0,002 mm
Escala granulométrica (ABNT NBR 6502/95 - Terminologia)
Textura e Granulometria
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Granulometria
É a parte do estudo dos solos que define os
“tamanhos” e a “quantidade” de cada tamanho
existente em uma amostra de solo. Permite o
conhecimento das porcentagens (em peso) das
partículas em função de suas dimensões.
Textura e Granulometria
1
1. Tamanho
Determinação dos tamanhos das partículas sólidas:
Um dos ensaios empregados é o peneiramento (emprego de
peneiras de malhas geralmente quadradas)
Partícula fica retida ➔ se partícula for maior que determinada
peneira.
Partícula passa ➔ se partícula for menor que determinada
peneira.
Convencionou-se que o tamanho do lado da malha desta
peneira permite definir o tamanho das partículas.
Granulometria
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As peneiras são designadas de forma diferente, conforme o
tamanho da abertura da malha
1. Tamanho
Ex: AASHTO
• Para peneiras com lado de malha maiores que  6,0
mm: designadas ou caracterizadas pelo tamanho do lado
da malha, normalmente expresso em mm;
• Para peneiras com lado da malha menores que  6,0 mm:
são designadas por um número que indica quantas malhas
existe numa linha com extensão de 25,4 mm (1 polegada).
Granulometria
1
Peneira 10 mm Peneira 50 mm
• Maiores que 6 mm:
• Menores que 6 mm:
Granulometria
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1. Tamanho
Interesse especial para uso rodoviário (classificação dos 
solos):
• Peneira No.10: abertura (ou tamanho da partícula) = 2,0 
mm;
• Peneira No.40: abertura (ou tamanho da partícula) = 0,42 
mm;
• Peneira No.200: abertura (ou tamanho da partícula) = 
0,075 mm.
Granulometria
1 Granulometria
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1
0,05
0,05 0,005
0,005
Granulometria
1
Classificação em função 
do tamanho da abertura 
da malha: 
Peneiras 
n 
Abertura (mm) AASHTO ABNT ASTM 
4” 101.6 Pedregulho Pedregulho Pedregulho 
3 1/2” 88.9 P P P 
3” 76.2 P P P 
2 1/2” 63.5 P P P 
2” 50.8 P P P 
1 3/4” 44.4 P P P 
1 1/2” 38.1 P P P 
1 1/4” 31.7 P P P 
1” 25.4 P P P 
3/4” 19.1 P P P 
1/2” 12.7 P P P 
3/8” 9.52 P P P 
n 3 6.70 P P P 
n 4 4.76 P P P 
n 5 4.00 P Areia Grossa Areia Grossa 
n 6 3.35 P AG AG 
n 7 2.80 P AG AG 
n 8 2.36 P AG AG 
n 10 2.00 P AG AG 
n 12 1.70 Areia Grossa Areia Média Areia Média 
n 14 1.40 AG AM AM 
n 16 1.19 AG AM AM 
n 18 1.00 AG AM AM 
n 20 0.84 AG AM AM 
n 30 0.59 AG AM AM 
n 40 0.42 AG AM AM 
n 50 0.297 Areia Fina Areia Fina Areia Fina 
n 60 0.250 AF AF AF 
n 80 0.177 AF AF AF 
n 100 0.149 AF AF AF 
n 140 0.105 AF AF AF 
n 200 0.075 AF AF AF 
 0.050 Silte+Argila AF Silte 
 0.005 Silte+Argila Silte Silte 
 < 0.005 Silte+Argila Argila Argila 
 
Granulometria
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1 Granulometria
1
2. Quantidade
Convencionou-se definir a quantidade de um determinado
tamanho de partícula em uma amostra de solo, pela
porcentagem (em peso) que passa ou que fica retida na
peneira considerada.
Ex. Uma amostra seca de solo W que passa por uma peneira
de malha m1.
Esta amostra será dividida em duas porções:
• uma retida Wr na peneira
• uma que passa Wp pela peneira
Granulometria
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1
2. Quantidade
100.
W
Wp
passa% =
100.
W
Wr
retida% =
Peneira malha m1:
Wp
WrW
Granulometria
1
 
O solo natural é formado por uma composição de partículas de diferentes tamanhos; 
para o reconhecimento destes tamanhos realiza-se o ensaio de granulometria.
-Diferença entre Textura e Estrutura
Peneiramento (frações areia)
Sedimentação (frações silte e argila)
Ensaio de Granulometria
Granulometria
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1 Propriedades do Solo
 
 
1 Propriedades do Solo
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1
Ensaio: Análise Granulométrica
ENSAIO DE SEDIMENTAÇÃO
Lei de Stokes: “Supondo uma esfera caindo através de
uma massa líquida de extensão infinita, após os primeiros
instantes da queda, a esfera atinge uma velocidade
constante, que é função do quadrado do diâmetro da
esfera” → relaciona o diâmetro equivalente das partículas
(D) com a velocidade de sedimentação (v) em meio líquido
de Viscosidade (μ) e pesos específicos (γ) conhecidos.
Utiliza sedimentação dos sólidos em meio líquido.
Granulometria
1
- interesse de se conhecer partículas mais finas que 0,074mm
(#200);
- baseado na lei de Stokes – a velocidade de queda das partículas
depende do peso especifico do fluído, do peso especifico do
material da esfera, da viscosidade do fluído e do diâmetro da esfera.
Granulometria
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1
ENSAIO DE SEDIMENTAÇÃO
( ) 2
18
D
.
v WS

−
=
v = velocidade de queda
s = peso específico real dos grãos (g/cm
3)
w = peso específico do fluído (g/cm
3)
μ = viscosidade da água (g.s/ cm2)
D = diâmetro equivalente (mm)
Granulometria
1
Suyen Nakahara
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Peneiras 
Granulometria
1 Granulometria
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1
ARGILA SILTE AF AM AG PEDREGULHOGranulometria
1
Escolhendo 2 curvas granulométricas em um ensaio ➔ defini-
se uma região denominada faixa granulométrica.
Gráfico granulométrico
Faixa granulométrica: uma região na qual as curvas
granulométricas possam variar mantendo as
características originais do projeto.
Granulometria
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1
Os tipos de solos são:
a) Uniforme;
b) Bem graduado;
c) Mal graduado;
c1) por falta;
c2) por predominância;
c3) por falta e predominância.
Tipos de solos quanto a distribuição
Distribuição granulométrica: maneira pela qual os
diversos tamanhos de partículas ou grãos se distribuem
numa amostra de solo
Granulometria
1
Ou granulometria uniforme. Solo que possui todas as
partículas aproximadamente do mesmo tamanho. Ex. areias
das praias de mar do RS.
Esquematicamente:
Solo uniforme:
Granulometria
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1
Solo bem graduado:
Ou granulometria contínua. Solo que possuí uma variedade muito
grande de tamanhos de partículas sem que haja falta ou
predominância de alguns tamanhos. Ex. saibro ou areião
proveniente da alteração do granito.
Esquematicamente:
Granulometria
1
Ou granulometria descontínua. Solo que possui uma variedade muito
grande de tamanhos, mas ocorre falta e/ou predominância de alguns
tamanhos.
Esquematicamente:
a) mal graduado por falta:
Solo mal graduado:
b) mal graduado por predominância: 
c) mal graduado por falta e predominância: 
Granulometria
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1
a) Mal graduado por falta
Projeção C1D1 do segmento CD ( horizontal) indica os
tamanhos de partículas que faltam no solo. Característica da
curva granulométrica desse tipo de solo é a existência de
segmento  horizontal.
Granulometria
1
b) Mal graduado por predominância
A projeção C1D1 do segmento CD ( vertical) da curva
granulométrica indica o tamanho de partículas que predominam
no solo.
A projeção do segmento CD sobre o eixo “% passa” define a %
com que as partículas que predominam participam no solo.
Exemplo: se C2 = 95% e D2 = 60%, a % dos tamanhos que
predominam será C2-D2, ou melhor, 35%.
Granulometria
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1
b) Mal graduado por predominância
Granulometria
1
c) Mal graduado por falta e predominância
Associação dos 2 tipos anteriores de solo mal graduado:
AB: variação dos tamanhos das partículas;
C1D1: variação dos tamanhos que predominam;
C2D2: % tamanhos de partículas que predominam;
E1F1: tamanhos de partículas que faltam no solo.
Granulometria
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35
1
Uma outra maneira de comparar a forma das curvas
granulométricas (tipos de solos) é através de 3 parâmetros:
• Defet ou D10: diâmetro correspondente a 10% (em peso total) de
todas as partículas menores que ele. O valor de D10 fornece uma
das informações necessárias para o cálculo da permeabilidade,
utilizado no dimensionamento de filtros e drenos.
• D30: diâmetro correspondente a 30% (em peso total) de todas as
partículas menores que ele;
• D60: diâmetro correspondente a 60% (em peso total) de todas as
partículas menores que ele.
Parâmetros definidos a partir da curva granulométrica
Granulometria
1
Defet ou D10:
Significado prático muito importante em relação à
permeabilidade do solo. O coeficiente de permeabilidade k de
uma areia composta por grãos mais ou menos eqüidimensionais
depende quase que inteiramente do diâmetro efetivo D10 e do
índice de vazios e. O valor de k de uma areia pode assim avaliar-
se grosseiramente através da seguinte expressão semi-empírica
(em cm.s-1):
2
10
2
200 D.e.k =
Granulometria
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1 Granulometria
1
10
6060
D
D
D
D
CC
efet
nuu ===
Coeficiente de Uniformidade ou Não Uniformidade
Solo muito uniforme (mal graduado): Cu < 5
Solo de uniformidade média: 5 < Cu < 15
Solo desuniforme (bem graduado): Cu > 15
Prática:
Teórica:
Solo uniforme: Cu  1
Granulometria
71
72
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37
1
Coeficiente de Curvatura
6010
2
30
D.D
)D(
Cc =
Solo bem graduado: Cc = 1 a 3
A distribuição do tamanho de partículas é proporcional, de
forma que os espaços deixados pelas partículas maiores
sejam ocupados pelas menores. Para solos granulares há
maior interesse no conhecimento do tamanho das partículas,
visto que, algumas de suas propriedades estão relacionadas
com os mesmos, o que não ocorre com os solos finos.
Granulometria
1
Curva suave
Curva descontínua
Curva uniforme em seu centro
Granulometria
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1
Curvas granulométricas típicas de solos brasileiros
Granulometria
ESCOLA DE ENGENHARIA
· 
Campus Central
· 
Av. Osvaldo Aranha, 99
3º Andar
Porto Alegre - RS
·
www.ufrgs.br/engcivil
Obrigado pela atenção!
75
76